Их подход позволяет масштабировать и реконфигурировать самовосстанавливающиеся и растягивающиеся транзисторы для создания высокоэффективных интегрированных систем.
Исследование включает в себя разработку растягивающихся и самовосстанавливающихся свойств всех трёх важнейших слоёв транзистора: слоя диэлектрической изоляции, полупроводникового слоя и слоёв электродов (затвора, истока и стока). Используя способность этих транзисторов к самовосстановлению, пользователи могут эффективно перенастраивать логические схемы, активные матрицы и массивы дисплеев в соответствии со своими конкретными требованиями».
Масштабируемый метод создания самовосстанавливающихся растягивающихся транзисторов и схем, предложенный исследователями, может способствовать разработке имплантируемых устройств, способных измерять электрофизиологические сигналы в головном мозге, блуждающем нерве, спинном мозге, периферических нервах и даже тканях сердца. Эти устройства могут открыть новые возможности для лечения и диагностики широкого спектра заболеваний.
«Для создания самовосстанавливающейся и растягивающейся интегрированной модульной системы необходимы такие ключевые материалы, как самовосстанавливающиеся полимеры, проводящие наноматериалы и органические полупроводники», —сказал Донхи Сон, старший автор статьи..
Во-первых, полупроводниковый слой транзистора можно легко изготовить путём смешивания самовосстанавливающегося полимера с органическим полупроводником с последующим нанесением покрытия методом центрифугирования. Этот процесс вызывает спонтанное вертикальное разделение фаз, что эффективно предотвращает ухудшение характеристик при внешнем напряжении. Даже в случае физического повреждения восстановление между цепочками органических полимеров позволяет устройству сохранять свои электрические и механические свойства».
Сон и его коллеги предложили изготавливать каждый функциональный слой электронных устройств, включая изоляционные плёнки, электроды и полупроводниковые слои, на больших площадях с помощью процесса, известного как трансферная печать. Этот подход можно легко масштабировать и использовать для изготовления растягивающихся модульных систем большой площади, которые затем можно интегрировать с сенсорными датчиками, активными матрицами и дисплеями.
Используя предложенный командой метод печати, можно легко собирать растягивающиеся и самовосстанавливающиеся транзисторы, как кубики LEGO, для создания систем, наиболее подходящих для конкретных задач. В ходе первых испытаний исследователи показали, что их транзисторы, изготовленные с использованием самовосстанавливающихся полимерных подложек с отличной изоляцией и биосовместимостью, сохраняют стабильные электрические характеристики в течение длительного времени после имплантации в живых животных.
«На сегодняшний день не было разработано ни одной биоэлектронной системы системного уровня, которая бы обладала способностью к самовосстановлению, растягивалась и могла быть имплантирована в организм. Это исследование впервые демонстрирует потенциал таких систем», — сказал Сон.
«Для улучшения человеческих возможностей требуются нейропротезные системы нового поколения, которые могут получать нейронные сигналы с помощью усовершенствованных массивов электродов высокой плотности, имплантированных в головной мозг, спинной мозг и периферические нервы, усиливать и обрабатывать эти сигналы, а также обеспечивать электрическую стимуляцию с помощью обратной связи. Важнейшим условием для этих систем является стабильная работа без снижения производительности в течение длительного времени».
Еще одним преимуществом устройств, созданных с использованием подхода команды, является их модульность и возможность перенастройки. Эта характеристика позволяет как настраивать их в соответствии с предпочтениями или потребностями пользователей, так и снимать или заменять их с помощью простого подключения, если их производительность значительно снижается.
В будущем масштабируемый подход к созданию растягивающихся и самовосстанавливающихся интегральных схем, предложенный Соном и его коллегами, может быть усовершенствован и использован для разработки новых перспективных имплантируемых или носимых биомедицинских устройств, а также протезов. В конечном итоге системы, разработанные с использованием предложенного ими метода, могут быть протестированы в ходе доклинических и клинических испытаний, чтобы обеспечить их безопасность и подтвердить их потенциал в реальных условиях.
«Ожидается, что эти достижения станут краеугольным камнем в развивающейся области технологий для улучшения человеческих возможностей, — добавил Сон. — В наших следующих исследованиях мы сосредоточимся на улучшении электрических характеристик самовосстанавливающихся и растягивающихся модульных интегрированных систем.